DE19725823A1 - Method and device for biogas production - Google Patents

Method and device for biogas production

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Abstract

The invention relates to a method and device for producing bio-gas in a fermentation reactor (2) which is substantially devoid of H2S. According to the invention, a substantial amount of the overall contents of the fermentation reactor passes through an area (5) which is impinged upon by a medium containing an electron acceptor, especially air or a gas or gas mixture containing oxygen. The contact time between the medium containing the electron acceptor and the fermentation medium in said area (5) is regulated in such a way that the formation of H2S in the fermentation medium is suppressed to such an extent that no substantial proportion of H2S can be found in the bio-gas. The area (5) is thus configured as a guide tube which is vertically and centrally arranged in the fermentation reactor. Preferably, the bio-gas (6) acts as a propellant and is fed back into the guide tube in order to circulate the contents of the fermentation reactor in said guide tube.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Biogasgewinnung durch biologische Behandlung eines Gärmediums in einem Gärreaktor, bei dem dem Gärmedium zur Unterdrückung der Bildung von unerwünschtem Schwefelwasserstoff (H2S) ein einen Elektronenakzeptor enthaltendes Medium, insbesondere sauerstoffenthaltendes Gas oder Gasgemisch, z. B. Luft und/oder Nitrat und/oder Nitrit, zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for biogas production by biological treatment of a fermentation medium in a fermentation reactor, in which the fermentation medium to suppress the formation of undesirable hydrogen sulfide (H 2 S) contains a medium containing an electron acceptor, in particular oxygen-containing gas or gas mixture, e.g. B. air and / or nitrate and / or nitrite, and an apparatus for performing the method.

Bei der Gewinnung von Biogas werden organische Substanzen enthaltende Substrate, z. B. Klärschlämme, Gülle oder Naßmüll, in einem Behälter unter weitgehendem Luftabschluß gehalten und gegebenfalls umgerührt. Dabei wandeln die in den Substraten enthaltenen Mikroorganismen die organischen Substanzen teilweise in gasförmige Stoffe um. Dieser als Faulung bezeichnete Vorgang wird üblicherweise in als Faulbehälter ausgebildeten Bioreaktoren durchgeführt, die auch als Gärreaktoren bezeichnet werden. Je nach Beschaffenheit der Substrate und des Bioreaktorbetriebes ergeben sich leicht unterschiedliche Zusammensetzungen des Biogases. Typischerweise enthält das Biogas ca. 70 Vol.-% CH4 und ca. 30 Vol.-% CO2. Weisen die Substrate auch Schwefelverbindungen auf, was bei Klärschlämmen und Naßmüll meist der Fall ist, werden diese durch die Mikroorganismen zu Schwefelwasserstoff (H2S) abgebaut, der sich letztlich mit einer Konzentration von bis zu 1 Vol.-% im Biogas wiederfindet. Da Schwefelwasserstoff toxisch und korrosiv wirkt, muß zur Vermeidung von Umweltschäden und Schäden in nachgeschalteten Anlagen, z. B. Leitungen und Gasmotoren, der Schwefelwasserstoffgehalt des Biogases verringert werden.In the production of biogas substrates containing organic substances, e.g. B. sewage sludge, liquid manure or wet waste, kept in a container with a large amount of air and stirred if necessary. The microorganisms contained in the substrates partially convert the organic substances into gaseous substances. This process, known as digestion, is usually carried out in bioreactors designed as digesters, which are also referred to as fermentation reactors. Depending on the nature of the substrates and the bioreactor operation, there are slightly different compositions of the biogas. The biogas typically contains approximately 70% by volume of CH 4 and approximately 30% by volume of CO 2 . If the substrates also have sulfur compounds, which is usually the case with sewage sludge and wet waste, these are broken down by the microorganisms into hydrogen sulfide (H 2 S), which is ultimately found in the biogas at a concentration of up to 1% by volume. Since hydrogen sulfide is toxic and corrosive, to avoid environmental damage and damage in downstream systems, for. B. lines and gas engines, the hydrogen sulfide content of the biogas can be reduced.

Nach dem Stand der Technik wird der Schwefelwasserstoffgehalt des Biogases in dem Bioreaktor nachgeschalteten Reinigungsstufen, die z. B. als Wäsche, Adsorptionseinheit oder biologische Entschwefelungsanlage ausgebildet sein können, auf einen vertretbaren Wert reduziert. Aufgrund der notwendigen zusätzlichen Reinigungsstufe fallen hohe Investitionskosten an und der Platzbedarf für die gesamte Biogasanlage vergrößert sich. Bei einer Nachreinigung in der Gasphase fallen darüberhinaus meist Abprodukte an, bspw. Fe-Sulfid-Pellets, Schwefelblüte, Schwefelsäure, etc., die entsorgt werden müssen. According to the prior art, the hydrogen sulfide content of the biogas in the Bioreactor downstream cleaning stages, the z. B. as laundry, Adsorption unit or biological desulfurization plant can be formed reduced to an acceptable value. Because of the necessary additional Cleaning level incurs high investment costs and the space required for the entire Biogas plant is expanding. Fall in the gas phase during subsequent cleaning in addition mostly waste products, e.g. Fe sulfide pellets, sulfur bloom, Sulfuric acid, etc., which must be disposed of.  

Aus der DD 226 552 A1 ist ein Verfahren zur Reduzierung des Schwefelwasserstoffgehalts im Biogas bekannt, bei dem Eisenhydroxid in suspendierter Form dem zu behandelnden Schlamm zugegeben und mit diesem vermischt wird. Dadurch soll der Schwefelwasserstoff chemisch gebunden werden. Es ist auch bekannt, Eisenchlorid dem zu behandelnden Gärmedium zuzudosieren. Derartige mit einer Chemikaliendosierung arbeitenden Verfahren sind allerdings aufgrund der Chemikalienzugabe zum Gärmedium problematisch. Beispielsweise kann sich der Eintrag korrosiver Chloridionen negativ auf die Haltbarkeit des Gärreaktors auswirken.DD 226 552 A1 describes a method for reducing the Hydrogen sulfide content known in biogas, in which iron hydroxide in suspended form added to the sludge to be treated and with this is mixed. This is intended to chemically bind the hydrogen sulfide. It it is also known to add iron chloride to the fermentation medium to be treated. However, such processes are based on chemical dosing problematic due to the addition of chemicals to the fermentation medium. For example the entry of corrosive chloride ions can negatively affect the durability of the Effect fermentation reactor.

Mit der EP 0 143 149 B1 ist auch schon vorgeschlagen worden, bereits die Bildung von Schwefelwasserstoff im Bioreaktor zu unterdrücken. Dabei wird eine solche Menge an Sauerstoff mit dem Frischschlamm oder dem Wasser in den Bioreaktor eingebracht, daß im sich bildenden Biogas ein Restsauerstoffgehalt von 0,01 bis 3,0 Vol.-% enthalten ist. Hierzu ist eine aufwendige Steuerung notwendig, um sicherzustellen, daß einerseits der Schwefelwasserstoffgehalt im Biogas ausreichend verringert wird und andererseits der Sauerstoffgehalt im Bioreaktor nicht so hoch wird, daß eine zu starke Behinderung der Biogasbildung durch die toxische Wirkung des Sauerstoffs auf die menthanbildenden Bakterien eintritt.Education has already been proposed with EP 0 143 149 B1 to suppress hydrogen sulfide in the bioreactor. This will be one Amount of oxygen with the fresh sludge or water in the bioreactor introduced that in the biogas that forms a residual oxygen content of 0.01 to 3.0 Vol .-% is included. This requires a complex control to ensure that on the one hand the hydrogen sulfide content in the biogas is sufficient is reduced and on the other hand the oxygen content in the bioreactor does not become so high that an excessive hindrance to the formation of biogas due to the toxic effect of Oxygen occurs on the menthan-forming bacteria.

Die bisherigen Lösungen zur Unterdrückung der H2S-Bildung durch Hemmung der H2S-erzeugenden Mikroflora gehen von einer Luftdosierung in den Gärzulauf oder von punktuellem Lufteintrag in den Gärreaktor aus. Die Anlagenpraxis und eigene Untersuchungen zu diesem Problem zeigten, daß aufgrund der hohen Sauerstoffverbrauchsgeschwindigkeiten Zulauf- oder punktuelle Dosierungen in der Regel nicht genügen, da der Sauerstoff schon nach kurzer Distanz biochemisch umgesetzt ist, und somit die Störung der H2S-Bildner in dem großräumigen Gärreaktor nicht ausreicht, um einen signifikanten Effekt zu erzielen.The previous solutions for suppressing the formation of H 2 S by inhibiting the H 2 S-producing microflora are based on metering air into the fermentation inlet or on selective air entry into the fermentation reactor. Plant practice and our own investigations into this problem showed that due to the high oxygen consumption rates, feed or selective doses are generally not sufficient, since the oxygen is biochemically converted after a short distance, and thus the disturbance of the H 2 S generator in the large area Fermentation reactor is not sufficient to achieve a significant effect.

Man versucht, sich dagegen durch Luftdosierung im Überschuß zu helfen, was jedoch ein erhöhtes Sicherheitsrisiko birgt und durch den dann hohen Stickstoffinertanteil im Biogas zu einer kalorischen Qualitätsminderung führt.Attempts are being made, however, to help oneself by dosing excess air, but this is poses an increased security risk and due to the high nitrogen content in the Biogas leads to a caloric quality reduction.

Desweiteren kann versucht werden, durch entsprechend flächendeckende Luftverteilungseinrichtungen am Fermenterboden eine bessere Beaufschlagung im Gesamtreaktor zu erreichen. Für trockensubstanzreiche Abfall- und Schlammgärsuspensionen ist die langzeitliche Betriebssicherheit solcher Verteileinrichtungen jedoch in Frage gestellt.Furthermore, it can be tried by covering the entire area Air distribution devices on the fermenter bottom a better exposure in the To reach the entire reactor. For waste and waste  Sludge fermentation suspensions is the long-term operational safety of such Distribution facilities questioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit denen gewährleistet wird, daß das den Gärreaktor verlassende Biogas weitgehend frei von Schwefelwasserstoff ist und daß keine wesentliche Beeinträchtigung der Biogasbildung stattfindet, wobei die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.The invention has for its object a method of the type mentioned and to provide an apparatus for performing the method, with which ensures that the biogas leaving the fermentation reactor is largely free of hydrogen sulfide and that no significant impairment of the Biogas formation takes place, with the described disadvantages of the prior art be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig dadurch gelöst, daß im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor enthaltene Gärmedium durch eine mit dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium beaufschlagte Zone geführt wird, wobei eine ausreichende Kontaktzeit zwischen dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium und dem Gärmedium eingestellt wird, um die H2S-Bildung im Gärmedium zumindest soweit zu unterdrücken, daß im Biogas keine wesentlichen H2S-Anteile vorhanden sind.This object is achieved on the process side in that essentially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor is passed through a zone acted upon by the medium containing the electron acceptor, a sufficient contact time between the medium containing the electron acceptor and the fermentation medium being set to the H 2 To suppress S formation in the fermentation medium at least to the extent that no significant H 2 S components are present in the biogas.

Als elektronenakzeptorenthaltendes Medium wird zweckmäßigerweise Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas oder Gasgemisch verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Elektronenakzeptor Nitrit oder Nitrat einzusetzen. Auch eine Kombination verschiedener Elektronenakzeptoren ist denkbar.Air or a is expediently used as the electron acceptor-containing medium other oxygen-containing gas or gas mixture used. Another possibility consists in using nitrite or nitrate as the electron acceptor. Also one A combination of different electron acceptors is conceivable.

Das Wesen der Erfindung läßt sich am einfachsten im Falle der Verwendung von Luft als elektronenakzeptorenthaltendes Medium folgendermaßen darstellen:The essence of the invention is easiest in the case of the use of air as a medium containing electron acceptors as follows:

Die genannten Probleme des Standes der Technik werden mit der Erfindung in der Weise gelöst, daß nicht eine weitgehend homogene Luftverteilung im gesamten Gärraum versucht wird, sondern der gesamte Gärreaktorinhalt definiert durch eine sauerstoffhaltige Zone mit ausreichender Kontaktzeit zwischen Gas und Gärmedium gefördert wird. Auf diese Weise wird eine technisch einfache und rückstandsfreie Unterdrückung der H2S-Bildung im Gärmedium reproduzierbar erreicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Unterdrückung der H2S-Bildung im Gärmedium anlagentechnisch betriebsstabil gewährleistet. The aforementioned problems of the prior art are solved with the invention in such a way that a largely homogeneous air distribution in the entire fermentation chamber is not attempted, but rather the entire fermentation reactor content is conveyed in a defined manner through an oxygen-containing zone with sufficient contact time between gas and fermentation medium. In this way, a technically simple and residue-free suppression of the H 2 S formation in the fermentation medium is reproducibly achieved. With the method according to the invention, the suppression of the H 2 S formation in the fermentation medium is guaranteed to be operationally stable in terms of plant technology.

Zweckmäßigerweise wird im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor enthaltene Gärmedium mehrmals, bevorzugt mindestens zweimal pro Stunde, durch die Zone geführt. Außerdem wird das elektronenakzeptorenthaltende Medium vorzugsweise in solchen Mengen in die Zone dosiert, daß das Gärmedium während der Passage der Zone ausreichenden Kontakt mit dem elektronenakzeptorenthaltenden Medium erhält, um die H2S-Bildung im Gärmedium zu unterdrücken.Advantageously, substantially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor is passed through the zone several times, preferably at least twice an hour. In addition, the electron acceptor-containing medium is preferably metered into the zone in such amounts that the fermentation medium gets sufficient contact with the electron acceptor-containing medium during the passage through the zone to suppress the H 2 S formation in the fermentation medium.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kontaktzeit zwischen dem elektronenakzeptorenthaltenden Medium und dem Gärmedium in der Zone und/oder die Menge des in die Zone dosierten elektronenakzeptorenthaltenden Mediums so eingestellt, daß das elektronenakzeptorenthaltende Medium biochemisch soweit abgebaut wird, daß im Biogas keine prozeßbeeinträchtigenden Anteile an elektronenakzeptorenthaltendem Medium mehr vorhanden sind. Im Falle der Verwendung von Luft oder einem sauerstoffenhaltenden Gas oder Gasgemische als elektronenakzeptorenthaltendem Medium wird auf diese Weise erreicht, daß der Sauerstoff biochemisch soweit abgebaut wird, daß im Biogas keine prozeßbeeinträchtigenden Sauerstoffanteile mehr vorhanden sind. Durch diese Verfahrensführung wird sichergestellt, daß im Gärreaktor keine Beeinträchtigung der anaeroben Behandlung der organischen Substanzen und damit der Biogasgewinnung erfolgt.According to a preferred embodiment of the invention, the contact time between the medium containing the electron acceptor and the fermentation medium in the Zone and / or the amount of electron acceptor dosed into the zone Medium adjusted so that the electron acceptor-containing medium is biochemical to the extent that there is no degradation in the biogas medium containing electron acceptor are more present. In case of Use of air or an oxygen-containing gas or gas mixture as Medium containing electron acceptor is achieved in this way that the Oxygen is degraded biochemically to the extent that none in the biogas process-affecting oxygen components are more present. Through this Process control ensures that there is no impairment of the Anaerobic treatment of organic substances and thus biogas production he follows.

Bei Verwendung von Luft als elektronenaktzeptorenthaltendem Medium wird außerdem die der Zone zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit vorzugsweise so eingestellt, daß der aus dem Stickstoffgehalt der Luft im Biogas resultierende Stickstoffgehalt zu keiner wesentlichen Qualitätsminderung des Biogases hinsichtlich einer kalorischen Nutzung führt. Eine Verwertung des Biogases bspw. als Brenngas ist dadurch uneingeschränkt möglich.When air is used as the electron acceptor-containing medium in addition, the amount of air supplied to the zone per unit of time is preferably so set that resulting from the nitrogen content of the air in the biogas Nitrogen content for no significant reduction in the quality of the biogas with regard to caloric use. Recycling of the biogas, for example, as fuel gas therefore possible without restriction.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das im Gärreaktor gebildete Biogas als Treibgas zu verwenden, um das Gärmedium durch die Zone zu fördern. Ist die Zone bspw. als Leitrohr ausgebildet, so wird Biogas in den Leitrohrinnenraum gepumpt. Infolge der Gemischdichteabsenkung im Leitrohr und der Gasauftriebskraft wird das Gärmedium von unten nach oben durch das Leitrohr gefördert. Dabei werden zweckmäßigerweise die hydraulischen Verhältnisse durch Wahl der Leitrohrgeometrie und des eingepreßten Biogasstromes dergestalt eingestellt, daß der gesamte Gärreaktorinhalt mindestens zweimal pro Stunde durch das Leitrohr gepumpt wird. A particularly preferred embodiment of the invention provides that in Fermentation reactor formed biogas to use as a propellant to the fermentation medium through the To promote zone. If the zone is designed, for example, as a guide tube, biogas is injected into the Pump tube interior pumped. As a result of the mixture density lowering in the guide tube and the The fermentation medium becomes gas buoyancy from bottom to top through the guide tube promoted. The hydraulic conditions are expediently Choice of the guide tube geometry and the injected biogas stream in this way set that the entire contents of the fermentation reactor at least twice an hour the guide tube is pumped.  

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Biogasgewinnung mit einem Gärreaktor zur Aufnahme von Gärmedium und einer Ableitung für Biogas. Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß im Innenraum des Gärreaktors eine Leiteinrichtung angeordnet ist, wobei in der Leiteinrichtung oder in Nähe eines offenen Endes der Leiteinrichtung mindestens eine Zuleitung für ein elektronenakzeptorenthaltendes Medium endet, sowie Mittel zum Fördern des im wesentlichen gesamten im Gärreaktor enthaltenden Gärmediums durch die Leiteinrichtung vorgesehen sind.The invention further relates to a device for biogas production with a Fermentation reactor for receiving fermentation medium and a discharge for biogas. On the device side, the object is achieved in that in the interior of the Fermentation reactor a guide device is arranged, wherein in the guide device or in Near an open end of the guide device at least one supply line for a Medium containing electron acceptor ends, as well as means for promoting the im substantially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor through the Guide device are provided.

Der Gärreaktor ist also im wesentlichen als Schlaufenreaktor mit innenliegender Schlaufe in Form einer Leiteinrichtung, die bspw. als Leitrohr ausgebildet sein kann gestaltet. Vorzugsweise ist die Leiteinrichtung als im wesentlichen vertikal und zentrisch im Gärreaktor angeordnetes Leitrohr ausgebildet.The fermentation reactor is therefore essentially a loop reactor with an internal one Loop in the form of a guide device, which can be designed, for example, as a guide tube designed. Preferably, the guide means is substantially vertical and Guide tube arranged centrally in the fermentation reactor.

Zum Einpreßen von Biogas als Treibgas endet vorzugsweise eine von der Biogasableitung abzweigende Biogaszweigleitung in der Leiteinrichtung oder in Nähe eines offenen Endes der Leiteinrichtung.For pressing in biogas as propellant, one of the ends preferably Biogas branch branching biogas branch line in the control device or nearby an open end of the guide.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geometrie der Leiteinrichtung so gewählt, daß eine ausreichende Kontaktzeit zwischen dem Gärmedium und dem elektronenakzeptorenthaltenden Medium gewährleistet ist, um eine H2S-Bildung im Gärmedium im wesentlichen zu unterdrücken.According to a further preferred embodiment of the invention, the geometry of the guide device is selected such that a sufficient contact time between the fermentation medium and the medium containing the electron acceptor is ensured in order to substantially suppress H 2 S formation in the fermentation medium.

Weiterhin werden vorzugsweise die Geometrie der Leiteinrichtung, die Größe des Gärreaktors und die Dimensionierung der Biogaszweigleitung so gewählt, daß im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor enthaltene Gärmedium mindestens zweimal pro Stunde durch die Leiteinrichtung geführt werden kann.Furthermore, the geometry of the guide device, the size of the Fermentation reactor and the dimensioning of the biogas branch line chosen so that in essentially the entire fermentation medium contained in the fermentation reactor at least twice can be passed through the guidance device per hour.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Leiteinrichtung beheizbar ausgeführt ist. Hierzu ist die Leiteinrichtung zweckmäßigerweise als Leitrohr ausgebildet, das einen Doppelmantel aufweist. Der Doppelmantel ist mit einer Zuführung und einer Abführung für Heizwasser versehen. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Effekte, die eine prozeßstabile Gewinnung von im wesentlichen H2S-freiem Biogas ermöglichen, gleichzeitig erzielt:
Durch Umwälzung des Gärmediums über die als Leitrohr ausgebildete innere Schlaufe des Gärreaktors wird der gesamte Gärreaktorinhalt homogenisiert. Aufgrund der Dosierung eines elektronenakzeptorenthaltenden Mediums, z. B. Luft, wird gleichzeitig die H2S-Bildung im Gärreaktor unterdrückt. Außerdem wird der Gärreaktorinhalt durch die Beheizung des Leitrohres auf einer für die biologische Behandlung des Gärmediums optimalen Betriebstemperatur gehalten.Another embodiment of the device according to the invention provides that the guide device is designed to be heatable. For this purpose, the guide device is expediently designed as a guide tube which has a double jacket. The double jacket is provided with an inlet and outlet for heating water. In this embodiment of the invention, several effects which enable a process-stable extraction of essentially H 2 S-free biogas are achieved simultaneously:
The entire contents of the fermentation reactor are homogenized by circulating the fermentation medium through the inner loop of the fermentation reactor designed as a guide tube. Due to the dosage of a medium containing electron acceptors, e.g. B. air, the H 2 S formation in the fermentation reactor is simultaneously suppressed. In addition, the contents of the fermentation reactor are kept at an optimum operating temperature for the biological treatment of the fermentation medium by heating the guide tube.

Bei vertikaler, zentrischer Ausrichtung des Leitrohres im Gärreaktor wird noch ein zusätzlicher Effekt erreicht:
Das vom unteren Ende des Leitrohres angesaugte Gärmedium wird vorzugsweise durch Einpreßen von Biogas zum oberen Ende des Leitrohres gepumpt und wird am oberen Ende des Leitrohres vertikal nach oben in das umgebende Gärmedium ausgestoßen. Durch den so bewirkten zentrischen Oberflächenschwall über dem Leitrohr wird eine Schwimmdeckenzerstörung im Gärreaktor erreicht, was sich wiederum positiv auf die Prozeßstabilität auswirkt.With vertical, centric alignment of the guide tube in the fermentation reactor, an additional effect is achieved:
The fermentation medium sucked in from the lower end of the guide tube is preferably pumped into the upper end of the guide tube by injecting biogas and is expelled vertically upwards into the surrounding fermentation medium at the upper end of the guide tube. Due to the centric surface surge caused by the guide tube, floating roof destruction is achieved in the fermentation reactor, which in turn has a positive effect on the process stability.

Die Erfindung bietet eine ganze Reihe von Vorteilen:
Im Gegensatz zu Verfahren nach dem Stand der Technik ist für die H2S- Unterdrückung keine Chemikaliendosierung notwendig. Außerdem ist keine Abproduktentsorgung erforderlich. Mit der Erfindung wird eine besonders hohe Prozeßstabilität mit technisch einfachen Mitteln erreicht. Eine Nachrüstung bestehender Biogasanlagen ist mit minimalem Aufwand möglich. Im einfachsten Fall muß lediglich eine Luftdosierung in einem im Gärreaktor eingesetzten Leitrohr­ homogenisierungssystem installiert werden.The invention offers a number of advantages:
In contrast to methods according to the prior art, no chemical metering is necessary for H 2 S suppression. In addition, no waste disposal is required. The invention achieves particularly high process stability using technically simple means. Retrofitting existing biogas plants is possible with minimal effort. In the simplest case, only an air metering must be installed in a guide tube homogenization system used in the fermentation reactor.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.In the following, the invention is to be illustrated on the basis of one shown schematically in the figures Embodiment will be explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Fließbild einer Biogasanlage mit integrierter H2S-Unterdrückung Fig. 1 is a flow diagram of a biogas plant with integrated H 2 S suppression

Fig. 2 einen Vergleich der Betriebsergebnisse von Gärreaktoren mit und ohne Luftdosierung in den Gärraum. Fig. 2 shows a comparison of the operating results of fermentation reactors with and without air metering in the fermentation room.

In Fig. 1 ist beispielhaft eine Anlage zur Vergärung von Naßmüll dargestellt. Der Naßmüll wird in in der Figur nicht gezeigten Vorbehandlungsschritten so aufbereitet, daß Pulpe bzw. Hydrolisat entstehen. Die Pulpe bzw. das Hydrolisat werden als Gärmedium über Leitung 1 dem Gärreaktor 2 zugeführt. Im Gärreaktor 2 wird die Methanisierung der Pulpe bzw. des Hydrolisats durchgeführt. Hierzu wird der Gärreaktor 2 unter anaeroben Bedingungen gehalten und der Gärreaktorinhalt umgewältzt. Die in der gärenden Pulpe bzw. dem Hydrolisat enthaltene anaerobe Biomasse wandelt die organischen Substanzen teilweise in CO2 und CH4 um. Das anfallende Biogas wird über Leitung 3 aus dem Gärreaktor 2 abgezogen. Die flüssigen und/oder festen Anteile des vergärten Naßmülls werden über Leitung 4 aus dem Gärreaktor 2 abgeführt.In Fig. 1 a plant is shown for the fermentation of wet refuse of example. The wet waste is processed in pre-treatment steps, not shown in the figure, in such a way that pulp or hydrolyzate is formed. The pulp or the hydrolyzate are fed as fermentation medium to the fermentation reactor 2 via line 1 . In the fermentation reactor 2 , the pulp or hydrolyzate is methanized. For this purpose, the fermentation reactor 2 is kept under anaerobic conditions and the contents of the fermentation reactor are circulated. The anaerobic biomass contained in the fermenting pulp or hydrolyzate partially converts the organic substances into CO 2 and CH 4 . The resulting biogas is withdrawn from fermentation reactor 2 via line 3 . The liquid and / or solid portions of the fermented wet waste are discharged from the fermentation reactor 2 via line 4 .

Da die Pulpe bzw. das Hydrolisat auch Schwefelverbindungen enthalten, würde ohne weitere Maßnahmen auch H2S gebildet, das sich schließlich im Biogas wiederfinden würde. Um die unerwünschten H2S-Anteile im Biogas zu minimieren, wird im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine weitgehend homogene Luftverteilung im gesamten Gärraum versucht wird, der gesamte Gärreaktorinhalt definiert durch eine sauerstoffhaltige Zone 5 mit ausreichender Kontaktzeit zwischen sauerstoffhaltigem Gas und Gärmedium gefördert. Zu diesem Zweck ist der Gärreaktor 2 als Schlaufenreaktor mit innenliegender Schlaufe in Form eines zentrisch, vertikal angeordneten Leitrohres 5, das als sauerstoffhaltige Zone fungiert, gestaltet. Dabei dient in den unteren Teil des Leitrohrinnenraumes gepumptes Biogas, das über eine Biogaszweigleitung 6 von der Biogasableitung 2 abgezweigt wird, als Treibgas. Infolge der Gemischdichteabsenkung im Leitrohr 5 und der Gasauftriebkraft wird das Gärmedium von unten nach oben durch das Leitrohr 5 gefördert. Dabei werden die hydraulischen Verhältnisse durch Wahl der Leitrohrgeometrie und des eingepreßten Biogasstromes dergestalt eingestellt, daß der gesamte Gärreaktorinhalt mindestens zweimal pro Stunde durch das Leitrohr 5 gepumpt wird. In den inneren Aufstrom des Leitrohres 5 wird Luft mittels einer Luftzuleitung 7 in solchen Mengenverhältnissen dosiert, daß das Gärmedium während der Passage des Leitrohres 5 ausreichend Sauerstoffkontakt bekommt, um die H2S-Bildung in ihren Stoffwechselprozeßen in der gewünschten Weise zu limitieren. Gleichzeitig wird der Sauerstoff biochemisch soweit abgebaut, daß im Biogas keine prozeßbeeinträchtigenden Sauerstoffanteile mehr vorhanden sind. Der Luftbedarf kann dabei so minimiert werden, daß der Stickstoff im Biogas nicht zu einer Gasqualitätsminderung für die weitere kalorische Nutzung führt. Since the pulp or hydrolyzate also contains sulfur compounds, H 2 S would also be formed without further measures, which would ultimately be found in the biogas. In order to minimize the undesirable H 2 S content in the biogas, in contrast to the prior art, in which a largely homogeneous air distribution is attempted throughout the fermentation chamber, the entire fermentation reactor content is defined by an oxygen-containing zone 5 with sufficient contact time between the oxygen-containing gas and the fermentation medium promoted. For this purpose, the fermentation reactor 2 is designed as a loop reactor with an internal loop in the form of a central, vertically arranged guide tube 5 , which acts as an oxygen-containing zone. In this case, biogas pumped into the lower part of the guide tube interior, which is branched off from the biogas discharge line 2 via a biogas branch line 6 , serves as the propellant gas. As a result of the lowering of the mixture density in the guide tube 5 and the gas lifting force, the fermentation medium is conveyed through the guide tube 5 from bottom to top. The hydraulic conditions are adjusted by selecting the guide tube geometry and the pressed-in biogas stream in such a way that the entire contents of the fermentation reactor are pumped through the guide tube 5 at least twice an hour. In the inner upstream of the guide tube 5 , air is metered by means of an air supply line 7 in such proportions that the fermentation medium gets sufficient oxygen contact during the passage of the guide tube 5 in order to limit the H 2 S formation in their metabolic processes in the desired manner. At the same time, the oxygen is degraded biochemically to such an extent that there are no longer any process-impairing oxygen components in the biogas. The air requirement can be minimized so that the nitrogen in the biogas does not lead to a reduction in gas quality for further caloric use.

Zur Aufrechterhaltung einer für die biologische Behandlung des Gärmediums optimalen Betriebstemperatur ist das Leitrohr 5 beheizbar ausgebildet. Hierzu ist das Leitrohr 5 mit einem doppelwandigen Mantel versehen, der eine Zuführung 8 und eine Abführung 9 für Heizwasser aufweist. Zusätzlich kann der Gärreaktorinhalt mittels eines Wärmetauschers 19, der von Heizwasser durchflossen wird, temperiert werden.To maintain an optimal operating temperature for the biological treatment of the fermentation medium, the guide tube 5 is designed to be heatable. For this purpose, the guide tube 5 is provided with a double-walled jacket, which has a feed 8 and a discharge 9 for heating water. In addition, the contents of the fermentation reactor can be tempered by means of a heat exchanger 19 through which heating water flows.

Durch die Verwendung eines zentrischen, vertikalen Leitrohres 5 im Gärreaktor 2 als sauerstoffhaltige Zone werden mehrere Effekte gleichzeitig erzielt:
Einerseits wird aufgrund der Luftdosierung im Leitrohr 5 eine zuverlässige H2S- Unterdrückung erreicht. Andererseits wird der Gärreaktorinhalt durch Umwälzung über die innere Schlaufe des Gärreaktors 2 homogenisiert. Darüber hinaus wird eine Gärreaktortemperierung mittels durch den Leitrohrdoppelmantel gepumptem Heizwasser bewirkt. Schließlich wird aufgrund des Austritts von Gärmedium aus dem oberen Ende des Leitrohres 5 ein zentrischer Obenflächenschwall über dem Leitrohr 5 erzeugt, der zu einer Schwimmdeckenzerstörung im Gärreaktor 2 führt.By using a central, vertical guide tube 5 in the fermentation reactor 2 as an oxygen-containing zone, several effects are achieved simultaneously:
On the one hand, a reliable H 2 S suppression is achieved due to the air metering in the guide tube 5 . On the other hand, the content of the fermentation reactor is homogenized by circulation through the inner loop of the fermentation reactor 2 . In addition, fermentation reactor temperature control is effected by means of heating water pumped through the double jacket jacket. Finally, due to the escape of fermentation medium from the upper end of the guide tube 5, a centric top surface surge is generated above the guide tube 5 , which leads to destruction of the floating cover in the fermentation reactor 2 .

Die beschriebene Zirkulation des Gärmediums reicht aus, die H2S-Bildner des gesamten Gärraumes sicher in der gewünschten Weise zu beeinträchtigen. Die Methanbildung aus der Gärreaktion wird dabei nicht beeinträchtigt, wie die in Fig. 2 dargestellten Messungen beweisen.The described circulation of the fermentation medium is sufficient to safely impair the H 2 S formers of the entire fermentation chamber in the desired manner. The methane formation from the fermentation reaction is not affected, as the measurements shown in FIG. 2 prove.

In Fig. 2 sind die Betriebsergebnisse eines Gärreaktors mit Luftdosierung in den Gärraum (Reaktor 1) im Vergleich mit denen eines herkömmlichen Gärreaktors ohne Luftdosierung (Reaktor 2) gezeigt.In FIG. 2, the operation results of a fermentation reactor with air metering into the fermentation chamber (reactor 1) in comparison with those of a conventional fermenting reactor shown without air dosage (reactor 2).

Claims (11)

1. Verfahren zur Biogasgewinnung durch biologische Behandlung eines Gärmediums in einem Gärreaktor, bei dem dem Gärmedium zur Unterdrückung der Bildung von unerwünschtem Schwefelwasserstoff (H2S) ein einen Elektronenakzeptor enthaltendes Medium, insbesondere sauerstoffenthaltendes Gas oder Gasgemisch, z. B. Luft und/oder Nitrat und/oder Nitrit, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor (2) enthaltene Gärmedium durch eine mit dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium beaufschlagte Zone (5) geführt wird, wobei eine ausreichende Kontaktzeit zwischen dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium und dem Gärmedium eingestellt wird, um die H2S-Bildung im Gärmedium zumindest soweit zu unterdrücken, daß im Biogas keine wesentlichen H2S-Anteile vorhanden sind.1. Process for the production of biogas by biological treatment of a fermentation medium in a fermentation reactor, in which the fermentation medium to suppress the formation of undesirable hydrogen sulfide (H 2 S) contains a medium containing an electron acceptor, in particular oxygen-containing gas or gas mixture, for. As air and / or nitrate and / or nitrite, is supplied, characterized in that substantially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor ( 2 ) is passed through a zone acted upon by the medium containing the electron acceptor ( 5 ), with a sufficient contact time is set between the medium containing the electron acceptor and the fermentation medium in order to suppress the H 2 S formation in the fermentation medium at least to such an extent that no significant H 2 S components are present in the biogas. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor (2) enthaltene Gärmedium mehrmals, vorzugsweise mindestens zweimal pro Stunde, durch die Zone (5) geführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that substantially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor ( 2 ) is passed through the zone ( 5 ) several times, preferably at least twice an hour. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektronenakzeptor enthaltende Medium in solchen Mengen in die Zone (5) dosiert wird, daß das Gärmedium während der Passage der Zone (5) ausreichend Kontakt mit dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium erhält, um die H2S-Bildung im Gärmedium zu unterdrücken.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the medium containing the electron acceptor is metered into the zone ( 5 ) in such amounts that the fermentation medium receives sufficient contact with the medium containing the electron acceptor during the passage of the zone ( 5 ) to suppress H 2 S formation in the fermentation medium. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeit zwischen dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium und dem Gärmedium in der Zone (5) und/oder die Menge des in die Zone (5) dosierten den Elektronenakzeptor enthaltenden Mediums so eingestellt wird, daß das den Elektronenakzeptor enthaltende Medium biochemisch soweit abgebaut wird, daß im Biogas keine prozeßbeeinträchtigenden Anteile an dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium mehr vorhanden sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the contact time between the medium containing the electron acceptor and the fermentation medium in the zone ( 5 ) and / or the amount of the medium containing the electron acceptor dosed in the zone ( 5 ) is set that the medium containing the electron acceptor is biochemically degraded to such an extent that there are no longer any process-impairing portions of the medium containing the electron acceptor in the biogas. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Luft als den Elektronenakzeptor enthaltendes Medium die der Zone (5) zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit so eingestellt wird, daß der aus dem Stickstoffgehalt der Luft im Biogas resultierende Stickstoffgehalt zu keiner wesentlichen Qualitätsminderung des Biogases hinsichtlich einer kalorischen Nutzung führt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that when using air as the medium containing the electron acceptor, the amount of air supplied to the zone ( 5 ) per unit time is adjusted so that the nitrogen content resulting from the nitrogen content of the air in the biogas increases does not significantly reduce the quality of the biogas with regard to caloric use. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gärmedium mittels eines Treibgases, das vorzugsweise aus dem Biogas besteht, durch die Zone (5) gefördert wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the fermentation medium is conveyed through the zone ( 5 ) by means of a propellant gas, which preferably consists of the biogas. 7. Vorrichtung zur Biogasgewinnung mit einem Gärreaktor zur Aufnahme von Gärmedium und eine Ableitung von Biogas, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Gärreaktors (2) eine Leiteinrichtung (5) angeordnet ist, wobei in der Leiteinrichtung (5) oder in Nähe eines offenen Endes der Leiteinrichtung (5) mindestens eine Zuleitung (7) für ein einen Elektronenakzeptor enthaltendes Medium endet, sowie Mittel zum Fördern des im wesentlichen gesamten im Gärreaktor (2) enthaltenen Gärmediums durch die Leiteinrichtung (5) vorgesehen sind.7. Device for biogas production with a fermentation reactor for receiving fermentation medium and a derivation of biogas, characterized in that a guide device ( 5 ) is arranged in the interior of the fermentation reactor ( 2 ), wherein in the guide device ( 5 ) or in the vicinity of an open end the guide device ( 5 ) ends at least one supply line ( 7 ) for a medium containing an electron acceptor, and means for conveying essentially all of the fermentation medium contained in the fermentation reactor ( 2 ) through the guide device ( 5 ) are provided. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (5) als im wesentlichen vertikal und zentrisch im Gärreaktor (2) angeordnetes Leitrohr ausgebildet ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the guide device ( 5 ) is designed as a substantially vertically and centrally in the fermentation reactor ( 2 ) arranged guide tube. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leiteinrichtung (5) oder in Nähe eines offenen Endes der Leiteinrichtung (5) eine von der Biogasableitung (3) abzweigende Biogaszweigleitung (6) endet.9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that in the guide device ( 5 ) or in the vicinity of an open end of the guide device ( 5 ) one of the biogas derivation ( 3 ) branching biogas branch line ( 6 ) ends. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Leiteinrichtung (5) so gewählt ist, daß eine ausreichende Kontaktzeit zwischen dem Gärmedium und dem dem den Elektronenakzeptor enthaltenden Medium gewährleistet ist, um eine H2S-Bildung im Gärmedium im wesentlichen zu unterdrücken.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the geometry of the guide device ( 5 ) is selected so that a sufficient contact time between the fermentation medium and the medium containing the electron acceptor is ensured to form an H 2 S to suppress in the fermentation medium essentially. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Leiteinrichtung (5), die Größe des Gärreaktors (2) und die Dimensionierung der Biogaszweigleitung (6) so gewählt sind, das im wesentlichen das gesamte im Gärreaktor (2) enthaltene Gärmedium mindestens zweimal pro Stunde durch die Leiteinrichtung (5) gefördert werden kann.11. The device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the geometry of the guide device ( 5 ), the size of the fermentation reactor ( 2 ) and the dimensioning of the biogas branch line ( 6 ) are selected so that essentially the whole in the fermentation reactor ( 2 ) fermentation medium contained can be conveyed at least twice an hour by the guide device ( 5 ).
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